uclinux内核的console(3)：console驱动初始化
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快乐虾
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本文适用于
ADI bf561 DSP
优视BF561EVB开发板
uclinux-2008r1.5-rc3 (smp patch)
Visual DSP++ 5.0 (update 5)
欢迎转载，但请保留作者信息
1.1 console_init
在uclinux初始化过程中，除非启用了early console，否则直到console_init调用之前是没有任何输出的，它们的输出都放在__log_buf这个缓冲内的，在console_init调用时再将这个缓冲区内的数据一次性输出。
那么console_init又做了什么工作呢？这个函数体在drivers/char/tty_io.c中：
/*
* Initialize the console device. This is called *early*, so
* we can't necessarily depend on lots of kernel help here.
* Just do some early initializations, and do the complex setup
* later.
*/
void __init console_init(void)
{
initcall_t *call;
/* Setup the default TTY line discipline. */
(void) tty_register_ldisc(N_TTY, &tty_ldisc_N_TTY);
/*
* set up the console device so that later boot sequences can
* inform about problems etc..
*/
call = __con_initcall_start;
while (call < __con_initcall_end) {
(*call)();
call++;
}
}
从这个函数大致可以猜出，console和串口的初始化操作应该是由__con_initcall_start到__con_initcall_end之间的函数调用来完成的。那么放到这段空间中的函数是怎么来的呢？又是什么函数可以放在这段空间中呢？
让我们看看vmlinux.lds.s文件中对这两个符号的定义吧：
.con_initcall.init :
{
___con_initcall_start = .;
*(.con_initcall.init)
___con_initcall_end = .;
}
原来，这段空间中存放的是.con_initcall.init这个段的内容，也就是说只要在数据代码中声明.con_initcall.init就可以了。
1.2 console_initcall
在uclinux的头文件中搜索initcall，发现了这样一个定义(include/linux/init.h)：
#define console_initcall(fn) /
static initcall_t __initcall_##fn /
__attribute_used__ __attribute__((__section__(".con_initcall.init")))=fn
在此函数中的所有操作都是与硬件无关的，据此可以猜测，应该还有一个与硬件相关的文件，且在此文件中应该使用console_initcall这个宏。
在内核源码中搜索console_initcall，发现了一大堆结果：
查找全部"console_initcall", 大小写匹配, 全字匹配, 子文件夹, 查找结果1, "D:/uc2008/linux-2.6.x", "*.c"
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/amiserial.c(2132)://console_initcall(amiserial_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/decserial.c(66)://console_initcall(decserial_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvc_beat.c(135)://console_initcall(hvc_beat_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvc_console.c(242)://console_initcall(hvc_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvc_iseries.c(594)://console_initcall(hvc_find_vtys);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvc_rtas.c(134)://console_initcall(hvc_rtas_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvc_vio.c(169)://console_initcall(hvc_find_vtys);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/hvsi.c(1317)://console_initcall(hvsi_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/serial167.c(2602)://console_initcall(serial167_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/viocons.c(1167)://console_initcall(viocons_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/vme_scc.c(1044)://console_initcall(vme_scc_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/char/vt.c(2823)://console_initcall(con_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/s390/char/con3215.c(890)://console_initcall(con3215_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/s390/char/con3270.c(632)://console_initcall(con3270_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/s390/char/sclp_con.c(252)://console_initcall(sclp_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/s390/char/sclp_vt220.c(774)://console_initcall(sclp_vt220_con_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/21285.c(471)://console_initcall(rs285_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/68328serial.c(1577)://console_initcall(m68328_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/8250.c(2539)://console_initcall(serial8250_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/8250_early.c(210)://console_initcall(early_uart_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/atmel_serial.c(863)://console_initcall(atmel_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/bfin_5xx.c(1103)://console_initcall(bfin_serial_rs_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/clps711x.c(534)://console_initcall(clps711xuart_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/dz.c(765)://console_initcall(dz_serial_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/imx.c(1022)://console_initcall(imx_rs_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/m32r_sio.c(1121)://console_initcall(m32r_sio_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/mcfserial.c(1974)://console_initcall(mcfrs_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/mpc52xx_uart.c(800)://console_initcall(mpc52xx_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/netx-serial.c(644)://console_initcall(netx_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/pmac_zilog.c(2024)://console_initcall(pmz_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/pnx8xxx_uart.c(747)://console_initcall(pnx8xxx_rs_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/pxa.c(691)://console_initcall(serial_pxa_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/s3c2410.c(1932)://console_initcall(s3c24xx_serial_initconsole);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/sa1100.c(808)://console_initcall(sa1100_rs_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/serial_ks8695.c(611)://console_initcall(ks8695_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/serial_lh7a40x.c(631)://console_initcall (lh7a40xuart_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/serial_txx9.c(922)://console_initcall(serial_txx9_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/sh-sci.c(1280)://console_initcall(sci_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/sh-sci.c(1361)://console_initcall(kgdb_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/sn_console.c(1086)://console_initcall(sn_sal_serial_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/uartlite.c(400)://console_initcall(ulite_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/v850e_uart.c(234)://console_initcall(v850e_uart_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/vr41xx_siu.c(903)://console_initcall(siu_console_init);
D:/uc2008/linux-2.6.x/drivers/serial/cpm_uart/cpm_uart_core.c(1242)://console_initcall(cpm_uart_console_init);
匹配行: 44 匹配文件: 43 合计搜索文件: 6311
果然不出所料，从目录和文件名中可以看出内核为许多不同的设备提供了硬件驱动。因为我用的是BF561，因此使用上述文件中的drivers/serial/bfin_5xx.c文件。
在drivers/serial/bfin_5xx.c中有这样一行：
console_initcall(bfin_serial_rs_console_init);
展开这个宏：
static initcall_t __initcall_bfin_serial_rs_console_init
__attribute_used__ __attribute__((__section__(".con_initcall.init")))= bfin_serial_rs_console_init
上式中initcall_t定义为：
typedef int (*initcall_t)(void);
可以看出它声明了一个函数指针变量，这个变量就放在.con_initcall.init这个数据段中，且这个指针的值指向bfin_serial_rs_console_init函数。这样在console_init函数中就可以通过这个函数指针调用bfin_serial_rs_console_init函数。
1.3 bfin_serial_rs_console_init
bf561串口的初始化就是在bfin_serial_rs_console_init函数中完成的，看看：
static int __init bfin_serial_rs_console_init(void)
{
bfin_serial_init_ports();
register_console(&bfin_serial_console);
return 0;
}
实际上做了两件事情，首先调用bfin_serial_init_ports函数初始化了uart结构体的部分成员，但是它并不初始化硬件，看起来似乎有点奇怪。然后注册一个struct console结构体变量，并将printk缓冲区中的字符输出。
1.4 register_console
此函数的实现在kernel/printk.c中：
/*
* The console driver calls this routine during kernel initialization
* to register the console printing procedure with printk() and to
* print any messages that were printed by the kernel before the
* console driver was initialized.
*/
void register_console(struct console *console)
{
int i;
unsigned long flags;
struct console *bootconsole = NULL;
if (preferred_console < 0 || bootconsole || !console_drivers)
preferred_console = selected_console;
/*
* See if we want to use this console driver. If we
* didn't select a console we take the first one
* that registers here.
*/
if (preferred_console < 0) {
if (console->index < 0)
console->index = 0;
if (console->setup == NULL ||
console->setup(console, NULL) == 0) {
console->flags |= CON_ENABLED | CON_CONSDEV;
preferred_console = 0;
}
}
/*
* See if this console matches one we selected on
* the command line.
*/
for (i = 0; i < MAX_CMDLINECONSOLES && console_cmdline[i].name[0];
i++) {
if (strcmp(console_cmdline[i].name, console->name) != 0)
continue;
if (console->index >= 0 &&
console->index != console_cmdline[i].index)
continue;
if (console->index < 0)
console->index = console_cmdline[i].index;
if (console->setup &&
console->setup(console, console_cmdline[i].options) != 0)
break;
console->flags |= CON_ENABLED;
console->index = console_cmdline[i].index;
if (i == selected_console) {
console->flags |= CON_CONSDEV;
preferred_console = selected_console;
}
break;
}
if (!(console->flags & CON_ENABLED))
return;
/*
* Put this console in the list - keep the
* preferred driver at the head of the list.
*/
acquire_console_sem();
if ((console->flags & CON_CONSDEV) || console_drivers == NULL) {
console->next = console_drivers;
console_drivers = console;
if (console->next)
console->next->flags &= ~CON_CONSDEV;
} else {
console->next = console_drivers->next;
console_drivers->next = console;
}
if (console->flags & CON_PRINTBUFFER) {
/*
* release_console_sem() will print out the buffered messages
* for us.
*/
spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags);
con_start = log_start;
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
release_console_sem();
}
1.5 串口硬件初始化
在register_console函数中要进行串口硬件的初始化工作，这个工作是由console结构体中的setup回调函数来完成的：
int (*setup)(struct console *, char *);
在register_console函数中有这样一段代码：
/*
* See if we want to use this console driver. If we
* didn't select a console we take the first one
* that registers here.
*/
if (preferred_console < 0) {
if (console->index < 0)
console->index = 0;
if (console->setup == NULL ||
console->setup(console, NULL) == 0) {
console->flags |= CON_ENABLED | CON_CONSDEV;
preferred_console = 0;
}
}
在此调用了setup回调函数。
在bf561的内核中，此回调函数指向bfin_serial_console_setup，它位于drivers/serial/bfin-5xx.c：
static int __init
bfin_serial_console_setup(struct console *co, char *options)
{
struct bfin_serial_port *uart;
int baud = 57600;
int bits = 8;
int parity = 'n';
int flow = 'n';
/*
* Check whether an invalid uart number has been specified, and
* if so, search for the first available port that does have
* console support.
*/
if (co->index == -1 || co->index >= nr_ports)
co->index = 0;
uart = &bfin_serial_ports[co->index];
if (options)
uart_parse_options(options, &baud, &parity, &bits, &flow);
else
bfin_serial_console_get_options(uart, &baud, &parity, &bits);
return uart_set_options(&uart->port, co, baud, parity, bits, flow);
}
在这里，由于在register_console中传递过来的option为NULL，因此将直接调用bfin_serial_console_get_options，而这个函数用于直接从硬件寄存器中读取当前的串口配置，但是它仅适用于boot-loader已经对串口初始化的情况，对于没用boot-loader的情况，它将什么也不做。
1.5.1 uart_set_options
uart_set_options的代码如下，它位于drivers/serial/serial_core.c，将进行硬件配置：
/**
* uart_set_options - setup the serial console parameters
* @port: pointer to the serial ports uart_port structure
* @co: console pointer
* @baud: baud rate
* @parity: parity character - 'n' (none), 'o' (odd), 'e' (even)
* @bits: number of data bits
* @flow: flow control character - 'r' (rts)
*/
int __init
uart_set_options(struct uart_port *port, struct console *co,
int baud, int parity, int bits, int flow)
{
struct ktermios termios;
int i;
/*
* Ensure that the serial console lock is initialised
* early.
*/
spin_lock_init(&port->lock);
lockdep_set_class(&port->lock, &port_lock_key);
memset(&termios, 0, sizeof(struct ktermios));
termios.c_cflag = CREAD | HUPCL | CLOCAL;
/*
* Construct a cflag setting.
*/
for (i = 0; baud_rates[i].rate; i++)
if (baud_rates[i].rate <= baud)
break;
termios.c_cflag |= baud_rates[i].cflag;
if (bits == 7)
termios.c_cflag |= CS7;
else
termios.c_cflag |= CS8;
switch (parity) {
case 'o': case 'O':
termios.c_cflag |= PARODD;
/*fall through*/
case 'e': case 'E':
termios.c_cflag |= PARENB;
break;
}
if (flow == 'r')
termios.c_cflag |= CRTSCTS;
port->ops->set_termios(port, &termios, NULL);
co->cflag = termios.c_cflag;
return 0;
}
在这里，使用了一个叫ktermios的结构体，但是实际上只使用了c_cflag这样一个成员，因此我们实际可以认为它就是一个整数。
在此调用了port->ops->set_termios来进行参数配置，在bf561的内核中，此回调函数指向bfin_serial_set_termios，位于bfin-5xx.c。
1.5.2 bfin_serial_set_termios
此函数位于drivers/serial/bfin-5xx.c中：
static void
bfin_serial_set_termios(struct uart_port *port, struct ktermios *termios,
struct ktermios *old)
{
struct bfin_serial_port *uart = (struct bfin_serial_port *)port;
unsigned long flags;
unsigned int baud, quot;
unsigned short val, ier, lsr, lcr = 0;
switch (termios->c_cflag & CSIZE) {
case CS8:
lcr = WLS(8);
break;
case CS7:
lcr = WLS(7);
break;
case CS6:
lcr = WLS(6);
break;
case CS5:
lcr = WLS(5);
break;
default:
printk(KERN_ERR "%s: word lengh not supported/n",
__FUNCTION__);
}
if (termios->c_cflag & CSTOPB)
lcr |= STB;
if (termios->c_cflag & PARENB)
lcr |= PEN;
if (!(termios->c_cflag & PARODD))
lcr |= EPS;
if (termios->c_cflag & CMSPAR)
lcr |= STP;
port->read_status_mask = OE;
port->ignore_status_mask = 0;
baud = uart_get_baud_rate(port, termios, old, 0, port->uartclk/16);
quot = uart_get_divisor(port, baud);
spin_lock_irqsave(&uart->port.lock, flags);
UART_SET_ANOMALY_THRESHOLD(uart, USEC_PER_SEC / baud * 15);
do {
lsr = UART_GET_LSR(uart);
} while (!(lsr & TEMT));
/* Disable UART */
ier = UART_GET_IER(uart);
UART_PUT_IER(uart, 0);
/* Set DLAB in LCR to Access DLL and DLH */
val = UART_GET_LCR(uart);
val |= DLAB;
UART_PUT_LCR(uart, val);
SSYNC();
UART_PUT_DLL(uart, quot & 0xFF);
SSYNC();
UART_PUT_DLH(uart, (quot >> 8) & 0xFF);
SSYNC();
/* Clear DLAB in LCR to Access THR RBR IER */
val = UART_GET_LCR(uart);
val &= ~DLAB;
UART_PUT_LCR(uart, val);
SSYNC();
UART_PUT_LCR(uart, lcr);
/* Enable UART */
UART_PUT_IER(uart, ier);
val = UART_GET_GCTL(uart);
val |= UCEN;
UART_PUT_GCTL(uart, val);
spin_unlock_irqrestore(&uart->port.lock, flags);
}
在移植这部分代码到VDSP5的时候碰到了一个问题，在上述代码中：
do {
lsr = UART_GET_LSR(uart);
} while (!(lsr & TEMT));
即它要示UART_LSR寄存器中的TEMT这个位为1，但是实际运行到这里的时候，这一位为0，因此进入死循环。
跟踪发现，在head.s中有一段设置UART的代码：
/* Initialise UART*/
p0.h = hi(UART_LCR);
p0.l = lo(UART_LCR);
r0 = 0x80(Z); /*未修改前为0x0(Z)*/
w[p0] = r0.L; /* To enable DLL writes */
ssync;
p0.h = hi(UART_DLL);
p0.l = lo(UART_DLL);
r0 = 0x0(Z);
w[p0] = r0.L;
ssync;
p0.h = hi(UART_DLH);
p0.l = lo(UART_DLH);
r0 = 0x00(Z);
w[p0] = r0.L;
ssync;
p0.h = hi(UART_GCTL);
p0.l = lo(UART_GCTL);
r0 = 0x0(Z);
w[p0] = r0.L; /* To enable UART clock */
ssync;
我们知道在设置UART_DLL和UART_DLH时必须将UART_LCR的最高位设置为1，但是原始代码中却未设置，这样就造成了设置UART_DLL的失败，此时UART_LCR的TEMT标志将被设置为0，从而导致了死循环问题的发生。将上述红色标志的代码修改后解决此问题。
1.6 通过boot-loader向内核传递串口参数
我们知道，可以在u-boot中向内核传递串口参数，如
console=ttyBF0,57600
在内核初始化的时候，会将这个字符串分解出来放在
static struct console_cmdline console_cmdline[MAX_CMDLINECONSOLES];
中，在register_console函数中要对此数组进行分析，并根据其中的参数进行串口的重新配置：
/*
* See if this console matches one we selected on
* the command line.
*/
for (i = 0; i < MAX_CMDLINECONSOLES && console_cmdline[i].name[0];
i++) {
if (strcmp(console_cmdline[i].name, console->name) != 0)
continue;
if (console->index >= 0 &&
console->index != console_cmdline[i].index)
continue;
if (console->index < 0)
console->index = console_cmdline[i].index;
if (console->setup &&
console->setup(console, console_cmdline[i].options) != 0)
break;
console->flags |= CON_ENABLED;
console->index = console_cmdline[i].index;
if (i == selected_console) {
console->flags |= CON_CONSDEV;
preferred_console = selected_console;
}
break;
}
由于在移植时没有使用boot-loader，因此本部分不做进一步分析，相当于本部分代码什么事也不做。
1.7 注册console指针
在内核中，将所有的console放在一个单链表中，当内核调用register_console时，它将新的console指针链接到链表中：
if ((console->flags & CON_CONSDEV) || console_drivers == NULL) {
console->next = console_drivers;
console_drivers = console;
if (console->next)
console->next->flags &= ~CON_CONSDEV;
} else {
console->next = console_drivers->next;
console_drivers->next = console;
}
通常在内核中只有一个console，因而直接将console指针赋给console_drivers这个链表头，此链表将只有一个节点。在启用early console的情况下，将有两个节点。
1.8 输出缓冲区的数据
在register_console函数的末尾，有这样一个调用：
release_console_sem();
正是在此函数中，内核将缓冲区中的已有数据输出到console。后面有详细分析。
1 参考资料
uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(1)：数据结构（2008/5/29）
uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(2)：驱动初始化(2008/5/29)
uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(3)：通过console输出信息(2008/5/29)
uclinux内核的console(1)：数据结构(2009-1-31)
uclinux内核的console(2)：early console(2009-1-31)
uclinux内核的console(3)：console驱动初始化(2009-1-31)
- uclinux内核的console(3)：console驱动初始化
- uclinux内核的console
- uclinux内核的console(2)：early console
- uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(2)：驱动初始化
- uclinux内核的console(4)：通过console输出信息
- uclinux内核的console(1)：数据结构
- uclinux内核的console(1)：数据结构
- uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(3)：通过console输出信息
- uclinux内核的console(5)：printk相关的内核参数
- uclinux-2008r1-rc8(bf561)内核的console(1)：数据结构
- uclinux内核的console(6)：调试信息输出
- uclinux内核的console(6)：调试信息输出
- uclinux内核驱动的初始化顺序
- uClinux console设置
- 重新为FS2410移植内核过程中遇到的初始化console节点失败问题
- console
- Console
- console
- != and == vs. !== and ===
- c#多线程Semaphore类旗语锁定
- 软件项目管理经验总结
- div+css 面试题目的简介
- 转--新手必须了解的ASP.NET语句
- uclinux内核的console(3)：console驱动初始化
- 完美企业网站的101项指标
- rsync - 客户端其他参数
- 张锦贵
- uclinux内核的console(4)：通过console输出信息
- 关于libpcap在ubuntu下的安装
- rsyncd.conf - 官方文档
- [翻译]使用Enterprise Library 3.0的日志程序块
- Enterprise Library 3.0 -- Logging Application Block 记录日志至数据库
